氢气因其优异的重量能量密度、高能量转换效率、可再生性以及零污染特性,既可作为清洁能源直接使用,又被认为是具有应用前途的能源储存载体。电催化分解水包含析氢反应（HER）和析氧反应（OER）被认为是实现环境友好、可循环发展的有效途径。目前,贵金属材料如铂（Pt）基和铱（Ir）基材料在催化HER和OER反应性能优异。但资源稀缺及较高的成本等缺点限制了其的广泛应用。而过渡金属种类繁多,电子层结构丰富以及价态多变等优点成为最有希望的贵金属基催化剂替代品。为此,我们制备了一系列的过渡金属基纳米材料并对其进行了催化电解水性能研究,通过设计较简便快捷的方法制备纳米级过渡金属催化剂,在此基础上对形貌和结构进行改进,表现出优异的电解水性能。（1）本论文首先开发了一种化学能驱动锂化合成过渡金属纳米结构的新方法。该方法能够将过渡金属化合物还原成过渡金属纳米颗粒。利用室温下缓慢的结晶动力学,可以产生并保留更多的表面和边界缺陷,从而改变原子配位数并调整金属的电子结构和吸附自由能。其中获得的Ni纳米结构表现出优异的HER性能。此外,Co和Ni的双金属材料表现出比单独的Ni和Co纳米结构更好的电催化动力学,在127 mV的低过电位下达到100 mA/cm2。高HER性能源于Ni和Co之间产生了电子结构调整并形成良好的协同效应。DFT模拟证实双金属NiCo具有较低的氢吸附吉布斯自由能,有利于提高其内在活性。这项工作提供了一种通用策略,可以同时对过渡金属催化剂进行缺陷工程和电子结构调制,从而提高HER性能。（2）为了进一步提升金属间的协同效应,采用化学能驱动锂化法对Co9S8@MoS2/CNFs进行还原,有效地制备了稳定的核壳多孔异质结构Co@Mo/CNFs,我们发现,Co9S8@MoS2/CNFs在锂化过程中,核壳结构能够有效保存,锂化形成的边界缺陷能够改变原子配位数并调整金属的电子结构,Co和Mo的异质结能够形成良好的协同效应,增强催化活性。测定结果显示,在87mV的低过电位下达到100 mA/cm2,在200 mV的电位下能够达到400 mA/cm2的大电流密度。DFT模拟证实Co@Mo双金属异质结具有较低的氢吸附吉布斯自由能,有利于提高其内在活性。可以同时对过渡金属催化剂进行缺陷工程和异质结构设计,从而提高HER性能。（3）为了进一步在原子尺度上提升材料的本征活性,采用化学能驱动锂化合成方法,对一锅法合成的核壳结构CuS@MoS2进行还原,有效地制备了 Cu金属纳米颗粒表面负载Mo金属单原子,我们发现单层的MoS2在锂化过程中如果存在二维的限域情况,会在Cu的表面形成Mo原子。对材料进行析氢测试测得,在60 mV的低过电位下达到100 mA/cm2,在134 mV的电位下能够达到400 mA/m2的大电流密度。（4）针对过渡金属单质材料在电催化析氧过程中活性较低的问题,设计并开发了氮掺杂碳纳米管-碳网络（Co/CNT@NC）上的异质结催化剂:黑磷（BP）-Co/CNT@NC。BP-Co异质结不仅可以提高BP的稳定性,而且在反应过程中为加快电子转移提供了良好的通道,有效提高了催化剂的电催化析氧活性和稳定性。优化后的BP-Co/CNT@NC表现出优异的OER性能,包括在碱性溶液中100 mA/cm2时的低过电位值（370mV）、低的Tafel斜率（40mV/dec）和长期电化学稳定性。该策略提高了 BP电催化剂的稳定性,并进一步扩展了其电化学应用。